DE19958211A1 - Diffraction grating with enhanced "blaze" power at two wavelengths - Google Patents
Diffraction grating with enhanced "blaze" power at two wavelengthsInfo
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Abstract
Ein Echelle-Gitter hat einen Rillenfacettenwinkel und eine Rilleperiodizität, so daß für lasererzeugtes Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen die höchste ausbreitende Beugungsordnung "geblazeten" wird und die nächsthöhere Ordnung nicht ausbreitend ist, so daß die Intensität von jeder geblazden Ordnung verstärkt wird. In einem Beispiel werden die 84ste Beugungsordnung von einem KrF-Excimer-Laser, der mit 248,4 nm austrahlt, und die 108te Beugungsordnung eines ArF-Excimer-Lasers, der mit 193,3 nm aussendet, beide "geblazed", wenn der Rillenabstand d 010623 Millimeter ist, was einer Frequenz f von 94,13 Rillen pro Millimeter entspricht, und wobei der Rillenfacettenwinkel THETA¶g¶ ungefähr 80 DEG ist, wobei die nächsthöhere Ordnung für jeden Laser, d. h. die 85ste bzw. 109te Ordnung nicht ausbreitend sind und somit beide "Blaze"-Ordnungen verstärkt sind.An Echelle grating has a groove facet angle and groove periodicity, so that for laser-generated light of two different wavelengths the highest propagating diffraction order is "blazed" and the next higher order is not propagating, so that the intensity of each blowing order is increased. In one example, the 84th diffraction order from a KrF excimer laser emitting at 248.4 nm and the 108th diffraction order from an ArF excimer laser emitting at 193.3 nm are both "blazed" when the groove spacing d is 010623 millimeters, which corresponds to a frequency f of 94.13 grooves per millimeter, and wherein the groove facet angle THETA¶g¶ is approximately 80 °, the next higher order for each laser, i.e. H. the 85th and 109th orders are not spreading and thus both "Blaze" orders are reinforced.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Gitter zur Beugung von Lichtstrahlen, insbesondere auf Echelle-Gitter, und speziell auf Littrow orientierte Echelle-Gitter mit "Blaze"-Leistung bei zwei verschiedenen Wel lenlängen verstärkt durch "Passing-off"-Auslöschung, bzw. Unterdrückung der nächst höheren Beugungsordnungen bei jeder Wellenlänge.The present invention relates to optical gratings for diffraction of Rays of light, especially on Echelle grids, and especially on Littrow oriented Echelle grating with "Blaze" performance on two different worlds length increased by "passing-off" or suppression the next higher diffraction orders at each wavelength.
Ein Beugungsgitter ist eine Anordnung von reflektierenden oder transmittie renden Elementen, die mit einem Abstand, der mit der untersuchten Lichtwel lenlängen vergleichbar beabstandet sind, wie zum Beispiel ein regelmäßiges Muster von gleichbeabstandeten, durchsichtigen Schlitzen oder Öffnungen in einem undurchsichtigen Schirm oder Ansammlung von reflektierenden Nuten bzw. Rillen auf einem Substrat. Eine elektromagnetische Welle, die auf das Gitter trifft, wird nach der Beugung ihre elektrische Feldstärke oder ihre Phase oder beides, auf vorhersehbare Weise modifiziert haben.A diffraction grating is an arrangement of reflective or transmissive elements that are at a distance from the examined light world len lengths are comparable spaced, such as a regular Patterns of equally spaced, transparent slits or openings in an opaque screen or collection of reflective grooves or grooves on a substrate. An electromagnetic wave that strikes the If the grating hits, its electric field strength or phase becomes after the diffraction or modified both in a predictable manner.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung, in diesem Zusammenhang mit "Licht" bezeichnet, das fast vollständig mono chromatisch ist, wie es zum Beispiel von einem Excimer-Gaslaser abgegeben wird, und bezieht sich weiter auf Beugung von Strahlung durch lineare Gitter mit dreiecksförmigen Rillen, wobei jede Rille erste und zweite Facetten, die sich in einem gegebenen Winkel zueinander und zu der Längsachse oder Ebene des Gitters befinden, aufweisen. Solch ein dreieckförmiges Gitter er gibt ein stufenförmiges Erscheinen im Querschnitt.The present invention relates to electromagnetic radiation, in in this context referred to as "light", which is almost completely mono is chromatic, such as that emitted by an excimer gas laser and further relates to the diffraction of radiation by linear gratings with triangular grooves, each groove having first and second facets that themselves at a given angle to each other and to the longitudinal axis or Level of the grid. Such a triangular lattice gives a step-like appearance in cross-section.
Wenn monchromatisches Licht auf eine Gitteroberfläche fällt, wird das Licht in
diskrete Winkelrichtungen gebeugt. Jede Gitterrille kann als sehr kleine,
schlitzförmige Quelle von gebeugtem Licht interpretiert werden. Die bei jeder
Rille gebeugte Lichtelementarwelle durch jede Rille interferiert mit dem Licht
von anderen Rillen um eine gebeugte Wellenfront zu formen. Der Anwen
dungsnutzen von Gittern hängt mit der Tatsache zusammen, daß ein be
stimmter Satz von diskreten Winkeln existiert, bekannt als "Ordnungen", bei
denen, für einen gegebenen Abstand d zwischen den Rillen, die gebeugte
Lichtelementarwelle von jeder Rillenfacette in Phase ist mit den Elementar
wellen, die bei jeder anderen Rillenfacette gebeugt werden, so daß die Ele
mentarwellen konstruktiv interferieren. Nur das Licht das mit einem Einfalls
winkel α auf das Gitter einfällt und entlang eines Beugungswinkels β gebeugt
wird für welchen der Rillenabstand d multipliziert mit der Summe des Sinuses
von α und β gleich einem ganzzahligen Mehrfachen m der Wellenlänge λ ist,
wird konstruktiv gebeugt, wobei m somit die konstruktive Beugungsordnungs
nummer ist. Diese Parameter stehen in Beziehung zueinander in der Gitter
gleichung:
When monchromatic light strikes a grating surface, the light is diffracted in discrete angular directions. Each grid groove can be interpreted as a very small, slit-shaped source of diffracted light. The light elementary wave diffracted by each groove interferes with the light from other grooves to form a diffracted wavefront. The utility of gratings is related to the fact that a certain set of discrete angles exist, known as "orders", in which, for a given distance d between the grooves, the diffracted light elementary wave from each groove facet is in phase with the Elementary waves that are diffracted at every other groove facet, so that the elementary waves interfere constructively. Only the light that falls on the grating with an angle of incidence α and is diffracted along a diffraction angle β for which the groove spacing d multiplied by the sum of the sine of α and β is equal to an integer multiple m of the wavelength λ is structurally diffracted, whereby m is therefore the constructive diffraction order number. These parameters are related to each other in the grid equation:
mλ = d(sin α + sin β) (Gleichung 1)mλ = d (sin α + sin β) (equation 1)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klasse von linearen Beugungsgittern, die als Echelle-Gitter oder Echelles bekannt sind. Solche Gitter haben eine erste und zweite Facette, die eine unterschiedliche Länge haben, wobei das Verhältnis der Längen typischerweise zwischen ungefähr 2 : 1 und 6 : 1 liegt, wobei ungefähr 4 : 1 im Fachgebiet weit verbreitet ist. Dieses Verhältnis ist als die r-Nummer eines Gitters bekannt; somit zum Beispiel hat ein r-4-Gitter ei nen zweiten, oder kurzen Facett-Winkel von 75°58' im Bezug auf die Längs achse des Gitters. Weiterhin weist ein Echelle im allgemeinen den einfallen den Strahl und den "Blaze"-gebeugten Strahl auf der selben Seite der Ebene senkrecht zu der Längsachse des Gitters auf. Echelles sind relativ grobe, mit Präzision hergestellte Gitter, die im allgemeinen bei hohen Beugungswinkeln und bei spektralen Ordnungen mit hohen Ordnungsnummer eingesetzt werden. Eine typische Rillenbeabstandung liegt zwischen ungefähr 20 und ungefähr 300 Rillen pro Millimeter. Die Einfallswinkel liegen typischerweise zwischen ungefähr 63° (r-2) und ungefähr 80° (r-6) im bezug auf die Gitternormale bzw. -senkrechte und weiterhin liegen die genutzten spektralen Ordnungen zwi schen ungefähr 10 und 500, typischerweise ungefähr 100. Echelles sind ins besondere in Anwendungen, die einen hohen Grad von optischer Dispersion und Auflösung verlangen, vorteilhaft.The present invention relates to a class of linear diffraction gratings, which are known as Echelle grids or Echelles. Such grids have one first and second facets, which have a different length, the Ratio of lengths is typically between approximately 2: 1 and 6: 1, about 4: 1 is common in the art. This ratio is as the r number of a grid known; thus, for example, an r-4 grid has egg NEN, or short facet angle of 75 ° 58 'with respect to the longitudinal axis of the grid. Furthermore, an echelle generally indicates that the beam and the "blaze" diffracted beam on the same side of the plane perpendicular to the longitudinal axis of the grid. Echelles are relatively crude, with Precision-made gratings, generally at high diffraction angles and can be used for spectral orders with a high order number. A typical groove spacing is between about 20 and about 300 grooves per millimeter. The angles of incidence are typically between approximately 63 ° (r-2) and approximately 80 ° (r-6) with respect to the grid normal and perpendicular and furthermore the spectral orders used lie between about 10 and 500, typically about 100. Echelles are ins especially in applications that require a high degree of optical dispersion and require resolution, beneficial.
Die Intensität des Lichts, oder der Betrag der abgestrahlten Energie, die in jeder Beugungsordnung enthalten ist und in bezug auf die Intensität des ein fallenden Strahles skaliert wurde, ist als die Ausbeute bzw. der Wirkungsgrad der Beugung dieser Ordnung bekannt. Die Beugungsordnungen eines Gitters für alle gegebenen Lichtwellenlängen enthalten ungleiche Energiebeträge und die meisten Ordnungen enthalten sehr geringe Energien. Für jedes Gitter je doch, und für jede Wellenlänge, die mit einem gegebenen Einfallswinkel auf tritt, gibt es eine Ordnung, die den höchsten Beugungsenergiebetrag enthält, wobei dieser im Fachgebiet als die "Blaze"-Ordnung bzw. bevorzugte Reflekti on bekannt ist. Ordnungen, die winkelmäßig auf beiden Seiten der "Blaze"- Ordnung (m + 1 und m - 1) beabstandet sind, können oder können auch nicht einen wesentlichen Energiebetrag enthalten.The intensity of the light, or the amount of energy radiated in each diffraction order is included and in relation to the intensity of the one falling beam is scaled as the yield or efficiency the diffraction of this order. The diffraction orders of a grating contain unequal amounts of energy and for all given light wavelengths most orders contain very low energies. For each grid yes, and for any wavelength that has a given angle of incidence occurs, there is an order that contains the highest amount of diffraction energy, this in the art as the "Blaze" order or preferred reflections on is known. Orders that are angularly on both sides of the "blaze" - Order (m + 1 and m - 1) are spaced, may or may not contain a significant amount of energy.
Ordnungen, die in der Lage sind gebeugtes Licht auszustrahlen sind solche,
wo der gebeugte Strahl aus dem Gitter austreten kann. Ordnungen, die sich
winkelmäßig in Richtungen, die sich in das Gitter erstrecken, befinden, werden
in dem Fachgebiet als "unterhalb des Horizontes" bezeichnet und können kein
gebeugtes Licht ausbreiten. Ein Echelle-Gitter, das spezielle so ausgerichtet
ist, daß der in der "Blaze"-Ordnungs gebeugte Strahl und der einfallende
Strahl den selben Weg in Raum besitzen (Einfallswinkel θi ist gleich dem
Beugungswinkel θd), befindet sich in der sogenannten "Littrow"-Konfiguration.
Für ein Littrow-orientiertes Gitter ist der Winkel der "Blaze"-Ordnung θB un
gefähr gleich mit dem Facettenwinkel θG, der gleich dem Arcustangens der
Gitterzahl r ist. In dieser Konfiguration kann die Gittergleichung (Gleichung 1)
umformuliert werden zu:
Orders that are able to emit diffracted light are those where the diffracted beam can emerge from the grating. Orders that are angular in directions extending into the grating are referred to in the art as "below the horizon" and cannot propagate diffracted light. An Echelle grating, which is specifically oriented so that the beam diffracted in the "Blaze" order and the incident beam have the same path in space (angle of incidence θ i is equal to the diffraction angle θ d ) is located in the so-called " Littrow "configuration. For a Littrow-oriented grating, the angle of the "blaze" order θ B is approximately equal to the facet angle θ G , which is equal to the arctangent of the grating number r. In this configuration, the lattice equation (Equation 1) can be reformulated to:
mλ = 2d sin θB (Littrow) (Gleichung 2)mλ = 2d sin θ B (Littrow) (Equation 2)
Es ist eine interessante Eigenschaft des "Littrow"-konfigurierten Echelle- Gitters, daß wenn der Einfallswinkel so gesetzt wird, daß der "Blaze"-Winkel die höchstnumerierte, ausstrahlende bzw. ausbreitende Ordnung ist, die Ord nung etwas mehr Energie, als in einer anderen Winkelstellung und mehr als durch die Skalatheorie vorhergesehen worden wäre, enthält, was im Fachge biet als "Anomalie-Zustand" bezeichnet wird. Strahlung von diesem "Blaze"- Winkel wird als "verstärkt" bezeichnet. Da der Energieerhaltungsatz gilt, wird die Energie die in nicht-ausbreitende Ordnungen gebeugt werden, würde um verteilt auf die ausbreitenden Ordnungen, von denen die benachbarte "Blaze"- Ordnung die meiste Energie zugeteilt bekommt.It is an interesting property of the "Littrow" -configured Echelle- Grid that if the angle of incidence is set so that the "blaze" angle is the highest numbered, radiating or spreading order, the Ord a little more energy than in another angular position and more than would have been predicted by the scale theory, contains what is in the Fachge is referred to as the "anomaly condition". Radiation from this "blaze" - Angle is called "reinforced". Since the energy conservation law applies, the energy that is diffracted into non-propagating orders would turn around distributed to the spreading orders, of which the neighboring "Blaze" - Order gets the most energy allocated.
Ein Echelle-Gitter kann zum Beispiel für den Gebrauch als ein optisches Ele ment in einem Gaslaserhohlraum bzw. Gaslaserresonanzraum nützlich sein, wobei das Echelle ein Ende des Hohlraums bildet und um eine Achse durch das Echelle und senkrecht zu dem Laserstrahl gedreht werden kann, um den Laser auf die Wellenlänge mit der maximalen Resonanz zu tunen. Insbeson dere Gaslaser sind nicht vollständig monochromatisch aufgrund zum Beispiel von Dopplereffekten, die von der Geschwindigkeitsverteilung der Ansammlung von Gasmolekülen während der Photonenemission resultiert. In einigen La seranwendungen, wie zum Beispiel in der Herstellung von Computerschalt kreisen, ist es sehr wünschenswert die spektrale Ausgabe des Lasers einzu engen. Dies kann einfach erreicht werden durch den Gebrauch eines hochzer streuenden Echelle-Gitters, eingesetzt in der Littrow-Konfiguration, die die äußeren Wellenlängen der Laserverteilung unterdrücken kann und in den Hohlraum beugt für eine Verstärkung eines wesentlich eingeengten bzw. schmalen Wellenlängenbandes. Dies ist im Fachgebiet bekannt als "Spektral linieneinengung". Ein geeignetes Gitter für diese Anwendung ist ein r-5 Gitter, wie zum Beispiel das 35-13-*-406 Gitter, welches 85,84 Rillen pro Millimeter hat und erworben werden kann von Richardson Grating Laboratory, eine Ab teilung von Spectronic Instruments, Inc., Rochester, New York, USA For example, an Echelle grating can be used as an optical element be useful in a gas laser cavity or gas laser resonance room, the echelle forming one end of the cavity and passing around an axis the Echelle and perpendicular to the laser beam can be rotated around the Laser to tune to the wavelength with the maximum resonance. In particular their gas lasers are not completely monochromatic due to, for example of Doppler effects from the speed distribution of the accumulation of gas molecules during photon emission results. In some La Water applications, such as in the manufacture of computer switches orbiting, it is very desirable to include the spectral output of the laser tight. This can easily be achieved by using a hochzer scattering Echelle grating, used in the Littrow configuration that the can suppress external wavelengths of the laser distribution and in the Cavity bends for reinforcement of a substantially constricted or narrow wavelength band. This is known in the art as "spectral line narrowing ". A suitable grid for this application is an r-5 grid, such as the 35-13 - * - 406 grid, which has 85.84 grooves per millimeter and can be purchased from Richardson Grating Laboratory, an Ab division of Spectronic Instruments, Inc., Rochester, New York, USA
Es ist weiterhin sehr wünschenswert, daß die "Blaze"-Ordnung, die für die La stertuning bzw. Abstimmung und Spektrallinieneinengung zur Verfügung steht, die höchstnumerierte, ausbreitende Ordnung und somit verstärkt ist, was als "supra" beschrieben wird. Wie aus dem Fachgebiet bekannt kann ein Gitter, wie das oben beschriebene Richardson-Gitter mit einem gegebenen Abstand d, so orientiert sein, daß die verstärkende "Blaze"-Ordnung nur für eine sin guläre Wellenlänge zur Verfügung steht. Zum Beispiel kann das 85,84 Rillen pro Millimeter Gitter Littrow-montiert sein, so daß die "Blaze"-Ordnung (92) des Lichtes mit einer Wellenlänge von 248,4 nm, wie es von einem Krypton- Fluorin-(KrF)-Excimer-Laser produziert wird, ausbreitend ist und die nächst höhere Ordnung (93) nicht ausbreitend ist. Dieses Gitter ist außerdem für die Spektrallinieneinengung eines Argon-Flourine-(ArF)-Excimerlasers mit 193,3 nm nützlich, aber die "Blaze"-Ordnung (in der Littrow-Konfiguration) wird nicht verstärkt. Im Fachgebiet, würde ein unterschiedliches Littrow-montiertes Echelle-Gitter konzipiert zum Aufweisen von "Blazing" bei 193,3 nm, dies nicht bei 248,4 nm tun.It is also very desirable that the "Blaze" order, which applies to La tuning or spectral line narrowing is available, the highest numbered, spreading order and thus reinforced what is as "supra" is described. As is known in the art, a grid, like the Richardson grating described above with a given spacing d, be oriented so that the reinforcing "Blaze" order is only for one sin Gular wavelength is available. For example, this can be 85.84 creasing Littrow-mounted per millimeter grid, so that the "Blaze" order (92) of light with a wavelength of 248.4 nm as it is from a krypton Fluorine (KrF) excimer laser is produced that is spreading and the next higher order (93) is not spreading. This grid is also for the Spectral line narrowing of an argon flourine (ArF) excimer laser with 193.3 nm useful, but the "Blaze" order (in the Littrow configuration) won't reinforced. In the art, a different Littrow-mounted would Echelle grating is designed to exhibit "blazing" at 193.3 nm, but not do at 248.4 nm.
Beugungsgitter sind sehr schwierig, teuer, und zeitaufwendig herzustellen und es existieren in der gesamten Welt nur wenige "ruling"-Maschinen, bzw Vor richtungen zur Herstellung von Beugungsgittern, die in der Lage sind hoch qualitative Gitter herzustellen. Somit ist es sehr wünschenswert ein Echelle- Gitter vorzusehen, daß in der Lage ist ein verstärkendes "Blaze"-Verhalten bei zwei verschiedenen Lichtwellenlängen aufzuzeigen.Diffraction gratings are very difficult, expensive, and time-consuming to manufacture and there are only a few "ruling" machines in the world directions for making diffraction gratings that are capable of high to produce qualitative grids. So it is very desirable to have an Echelle Grid that is capable of reinforcing "blaze" behavior to show two different light wavelengths.
Es ist ein erstes Ziel der Erfindung ein verbessertes Echelle-Beugungsgitter vorzusehen, welches verstärkte "Blaze"-Beugung von Laserlicht mit zwei ver schiedenen Wellenlängen in zwei verschiedene Beugungsordnungen, ab strahlt.It is a first object of the invention to provide an improved Echelle diffraction grating to provide which increased "blaze" diffraction of laser light with two ver different wavelengths in two different diffraction orders shine.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung ein verbessertes Echelle- Beugungsgitter, welches in der Lage ist verstärkte "Blaze"-Beugung von Licht von beiden, einem KrF-Excimer-Laser und einem ArF-Excimer-Laser, aufzu zeigen.It is another object of the invention to provide an improved echelle Diffraction grating, which is capable of enhanced "blaze" diffraction of light of both a KrF excimer laser and an ArF excimer laser demonstrate.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Be stimmung der optimalen Rillenbeabstandung und des Rillenfacettewinkels für ein Echelle-Beugungsgitter aufzuweisen, um eine verstärkte "Blaze"-Beugung von Laserlicht bei zwei verschiedenen Wellenlängen in zwei verschiedenen Beugungsordnungen zu ermöglichen.It is still another object of the invention to provide an improved method of loading adjustment of the optimal groove spacing and the groove facet angle for have an Echelle diffraction grating for enhanced "blaze" diffraction of laser light at two different wavelengths in two different To allow diffraction orders.
Kurz beschrieben, ein Echelle-Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine spezifische Rillenbeabstandung d und Rillenwinkel θg die die Gleichung 2 innerhalb eines akzeptablen kleinen Bereich für zwei verschiedene Laser lichtwellenlängen λ1 und λ2 und zwei verschiedene entsprechende Beu gungsordnungen m1 und m2 erfüllt, wobei beide Ordnungen "Blaze"- Ordnungen sind und die nächst höhere Ordnung nicht ausbreitend bzw. sich nicht fortpflanzend ist. Ein bekannter KrF-Laser emittiert im wesentlichen mit 248,4 nm und ein bekannter ArF-Laser emittiert im wesentlichen mit 193,3 nm. Durch ein neues Verfahren, mit "infra" bezeichnet, haben wir erkannt, daß die 84ste Ordnung des KrF-Lasers und die 10Bte Ordnung des ArF-Lasers beide " "blazen" bzw. bevorzugt reflektieren, wenn d gleich 0,10623 mm ist, was einer Frequenz f von 94,13 Rillen pro Millimeter entspricht, und wobei θg ungefähr 80° (r-5) ist. Gemäß Gleichung 2, muß mArFλArF gleich mKrFλKrF sein. Durch Multiplizieren mit den geeigneten Werten wird erkannt, daß mArFλArF = 20 866 nm und mKrFλKrF = 20 876 nm ist. Die Übereinstimmung von 100 Milli onstel ist ausreichend damit beiden Ordnungen das "Blazen" ermöglicht wird. Zusätzlich zeigt das Verfahren, daß die nächsthöheren Ordnungen für jeden Laser, zum Beispiel die 85ste bzw. die 109te Ordnung nicht ausbreitend sind und somit beide "Blaze"-Ordnungen verstärkt sind.Briefly described, an Echelle grating according to the present invention has a specific groove spacing d and groove angle θ g which the equation 2 within an acceptable small range for two different laser light wavelengths λ 1 and λ 2 and two different corresponding diffraction orders m 1 and m 2 fulfilled, where both orders are "Blaze" orders and the next higher order is not spreading or is not propagating. A known KrF laser essentially emits at 248.4 nm and a known ArF laser essentially emits at 193.3 nm. Through a new process, designated "infra", we have recognized that the 84th order of the KrF The laser and the 10th order of the ArF laser both "blaze" or preferably reflect when d is 0.10623 mm, which corresponds to a frequency f of 94.13 grooves per millimeter, and where θ g is approximately 80 ° (r According to equation 2, m ArF λ ArF must be equal to m KrF λ KrF By multiplying with the appropriate values it is recognized that m ArF λ ArF = 20 866 nm and m KrF λ KrF = 20 876 nm. The agreement of 100 millionths is sufficient to enable both orders to "blaze". In addition, the method shows that the next higher orders for each laser, for example the 85th or 109th order, are not spreading and thus both "blaze" - Orders are strengthened.
Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung, sowie gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele davon, werden durch das Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeich nungen offensichtlich werden, wobei die Zeichnungen zeigen:The foregoing and other objects, features and advantages of the invention as well as currently preferred embodiments thereof are described by the Read the following description in connection with the attached drawing The drawings show:
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein lineares dreieckförmiges Beugungs gitter; Fig. 1 is a cross section through a linear triangular diffraction grating;
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Echelle-Beugungsgitters; Fig. 2 is a cross section of an Echelle diffraction grating;
Fig. 3 ist ein Graph der berechneten Beugungsausbeute aufgetragen gegenüber dem Rillenfacettwinkel für die "Blaze"-Ordnung 122 eines ArF-Excimer-Lasers, welcher Licht mit 193,3 nm aussendet, wenn es von einem aus dem Stand der Technik bekannten Echelle-Gitter mit 83,14 Rillen pro Millimeter gebeugt wird; Fig. 3 is a graph of the calculated diffraction efficiency is plotted against the Rillenfacettwinkel for the "Blaze" order 122 of ArF excimer laser, which emits light at 193.3 nm when it by a process known from the prior art echelle grating is flexed at 83.14 grooves per millimeter;
Fig. 4 ist ein Graph der berechneten Beugungsausbeute aufgetragen gegenüber dem Rillenfacettwinkel für die "Blaze"-Ordnung 95 ei nes KrF-Excimer-Lasers, welcher Licht mit 248,4 nm aussendet, wenn es von einem aus dem Stand der Technik bekannten Echelle-Gitter mit 83,14 Rillen pro Millimeter gebrochen wird; Figure 4 is a graph of the calculated diffraction yield versus groove facet angle for the "blaze" order 95 of a KrF excimer laser which emits 248.4 nm light when emitted by an Echelle known in the art. Grid is broken with 83.14 grooves per millimeter;
Fig. 5 ist ein Graph, wie in Fig. 3 gezeigt, für ein Echelle-Gitter gemäß der Erfindung mit einer verstärkten "Blaze"-Ordnung 108, wenn es durch ein Gitter mit 94,13 Rillen pro Millimeter gebeugt wird; Fig. 5 is a graph as shown in Fig. 3 for an Echelle grating in accordance with the invention having an enhanced "blaze" order 108 when flexed by a grating at 94.13 grooves per millimeter;
Fig. 6 ist ein Graph, wie in der Fig. 4 gezeigt, für ein Echelle-Gitter gemäß der Erfindung mit einer verstärkten "Blaze"-Ordnung 84, wenn es durch ein Gitter mit 94,13 Rillen pro Millimeter gebeugt wird; Fig. 6 is a graph as shown in Fig. 4 for an Echelle grating in accordance with the invention having an enhanced "blaze" order 84 when flexed by a grating at 94.13 grooves per millimeter;
Fig. 7 ist ein Graph der berechneten Ordnungsnummer m1, aufgetragen gegenüber dem relativen "Blaze"-Winkel für die Bedingung, daß θArF < θKrF; und Fig. 7 is a graph of the calculated order number m 1 plotted against the relative "blaze" angle for the condition that θ ArF <θ KrF ; and
Fig. 8 ist ein Graph der berechneten Ordnungsnummer m1 aufgetragen gegenüber dem relativen "Blaze"-Winkel für die Bedingung, daß θArF < θKrF. Fig. 8 is a graph of the calculated order number m 1 plotted against the relative "blaze" angle for the condition that θ ArF <θ KrF .
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein schematisches lineares Reflektionsbeu gungsgitter 10 mit dreiecksförmigen Rillen, gezeigt im Querschnitt, aus einem reflektierenden Material zum Beispiel Aluminium oder Glas mit aufgedampften Aluminium, wie es im Fachgebiet bekannt ist, gebildet. Das Gitter 10 hat einen plattenförmigen Körper 12 mit einer planaren rückwärtigen Oberfläche 14, die eine Gitterreferenzoberfläche definiert. Eine vordere Oberfläche, gegenüber liegend der rückwärtigen Oberfläche 14, weist Merkmale auf mit einer Vielzahl von hochgradig parallelen dreiecksförmigen Rillen 16, die durch die Kanten abschnitte von ersten und zweiten Facetten 18 bzw. 20 gebildet werden. Die Facetten treffen an ihren Schnittpunkten 19 vorzugsweise mit einem fast 90° umfassenden Öffnungswinkel 17, aufeinander. Die Facetten 20 sind im Bezug auf die Referenzoberfläche 14 mit einem Winkel θg geneigt und die Rillen ha ben eine Periode d. Ein Lichtstrahl 22 fällt auf alle zweiten Facetten 20 in ei nem Winkel α, gemessen von der Gitternormalenebene 24 ein, welche senk recht zu der Referenzoberfläche 14 ist, und wird bei vielen Ordnungswinkeln gebeugt, wobei der einzig gezeigte der Winkel β ist, der auch von der Gitter normalen 24 ausgehend gemessen wird, welche in dem gezeigten Beispiel auch die "Blaze"-Richtung ist. Die Facettennormale 26 teilt den eingeschlos senen Winkel zwischen den einfallenden und den gebeugten Strahlen. Die "Blaze"-Ordnungsausbreitung befindet sich in die Richtung, die durch einen Pfeil 28 angezeigt wird.Referring to Fig. 1 is a schematic linear Reflektionsbeu supply grid is shown in cross section, of a reflective material, for example aluminum or glass with vapor-deposited aluminum, as is known in the art, formed 10 with triangular grooves. The grid 10 has a plate-shaped body 12 with a planar rear surface 14 which defines a grid reference surface. A front surface, opposite the rear surface 14 , has features with a plurality of highly parallel triangular grooves 16 formed by the edge portions of first and second facets 18 and 20 , respectively. The facets preferably meet at their intersection points 19 with an opening angle 17 comprising almost 90 °. The facets 20 are inclined with respect to the reference surface 14 at an angle θ g and the grooves have a period d. A light beam 22 is incident on all second facets 20 at an angle α, measured from the grating normal plane 24 , which is perpendicular to the reference surface 14 , and is diffracted at many angles of order, the only one shown being the angle β, which is also from the grid normal 24 is measured starting, which is also the "blaze" direction in the example shown. The facet normal 26 divides the included angle between the incident and the diffracted rays. The "Blaze" order spread is in the direction indicated by an arrow 28 .
Bezugnehmend auf Fig. 2, wird ein Echelle-Gitter 30 in der Littrow- Konfiguration befindlich gezeigt, wobei α = β und beide, der einfallende Strahl und die gebeugte Elementarwelle, mit der Facettennormalen zusammen fallen.Referring to Figure 2, an Echelle grating 30 is shown in the Littrow configuration, where α = β and both the incident beam and the diffracted elementary wave coincide with the facet normal.
Wenn das Gitter 30 mit einem d von, 012028 (83,14 Rillen pro Zentimeter), θg von ungefähr 79°, und einem Rillenöffnungswinkel von ungefähr 85° vorgese hen ist, "Blazed" die 95ste Ordnung eines KrF-Lasers mit einer Ausbeute von ungefähr 75%, wie in Fig. 4 gezeigt. Die 96ste Ordnung ist nicht ausbreitend und das "Blazen" der 95sten Ordnung wird dadurch verstärkt. Mit demselben Gitter, "Blazed" die 122ste Ordnung eines ArF-Lasers mit einer Ausbeute von ungefähr 72%, wie in der Fig. 3 gezeigt; jedoch wird die 123ste Ordnung ebenso ausgebreitet und somit wird das "Blazen" der 122sten Ordnung nicht verstärkt.When grating 30 is provided with ad of, 012028 (83.14 grooves per centimeter), θ g of approximately 79 °, and a groove opening angle of approximately 85 °, "Blazed" is the 95th order of a KrF laser with a yield of about 75% as shown in FIG. 4. The 96th order is not spreading and the "blaze" of the 95th order is thereby increased. With the same grating, "Blazed" the 122nd order ArF laser with a yield of approximately 72% as shown in Figure 3; however, the 123rd order is spread as well and thus the "blazing" of the 122nd order is not amplified.
Wie mit "supra" beschrieben, wenn das Gitter 30 gemäß der Erfindung mit ei nem d von ,010623 mm (94,13 Rillen pro Millimeter), θg von ungefähr 80° und einem Rillenöffnungswinkel von 85° vorgesehen ist, "Blazed" die 84ste Ord nung eines KrF-Lasers mit einer Ausbeute von ungefähr 73%, wie in Fig. 6 gezeigt und die 85ste Ordnung wird ausgelöscht; und die 108te Ordnung ei nes ArF-Lasers "Blazed" mit einer Ausbeute von ungefähr 80%, wie in der Fig. 5 gezeigt, und die 109te Ordnung wird ausgelöscht. Somit ist ein einfa ches Gitter gemäß der Erfindung in der Lage ein verstärktes "Blazen" bei einer Vielzahl von einfallenden Wellenlängen vorzusehen.As described with "supra", if the grille 30 according to the invention is provided with a d of, 010623 mm (94.13 grooves per millimeter), θ g of approximately 80 ° and a groove opening angle of 85 °, "Blazed" 84th order of a KrF laser with a yield of approximately 73% as shown in Fig. 6 and the 85th order is canceled; and the 108th order of an ArF laser "Blazed" with a yield of about 80% as shown in Fig. 5, and the 109th order is canceled. Thus, a simple grating according to the invention is capable of providing an enhanced "blaze" at a variety of incident wavelengths.
Unser Verfahren zur Bestimmung der Designparameter für ein mit zweifacher Wellenlänge, verstärktes "Blazing"-Gitter ist wie folgt.Our process for determining the design parameters for one with two Wavelength, reinforced "blazing" grating is as follows.
Zuerst, wird eine Littrow-Geometrie für das montieren des Gitters gewählt, wobei der "Blaze"-Winkel θB mit dem Einfallswinkel α und dem Beugungswin kel β gleich ist. Danach wird ein Startwert für den Rillenabstand d gewählt, so daß der "Blaze"-Winkel θB im wesentlichen gleich ist mit dem Rilfenwinkel θG (der "Blaze"-Strahl folgt der Facettennormale).First, a Littrow geometry is chosen for mounting the grating, the "blaze" angle θ B being equal to the angle of incidence α and the angle of diffraction β. A starting value for the groove spacing d is then selected so that the "blaze" angle θ B is substantially equal to the rilfen angle θ G (the "blaze" beam follows the facet normal).
Zweitens, werden die zwei Wellenlängen von Interesse, λ1 und λ2 bestimmt, und λ1 wird der kürzeren Wellenlänge zugewiesen.Second, the two wavelengths of interest, λ 1 and λ 2, are determined and λ 1 is assigned to the shorter wavelength.
Drittens, wird ein Bereich von zu benutzenden Ordnungsnummern m1 für die kürzere Wellenlänge ausgewählt, die um 100 liegen, zum Beispiel 80 < m < 140. Diese auferlegten Werte von m1 sind alles ganze Zahlen.Third, a range of order numbers m 1 to be used for the shorter wavelength is selected, which is around 100, for example 80 <m <140. These imposed values of m 1 are all integers.
Viertens, wird angenommen daß θB ähnlich aber nicht identisch sein wird für beide Wellenlängen, und Werte für m1 und m2 in dem Bereich für den θB λ 1/ θB λ 2 am nächsten zu 1,0 liegt, wird wie folgt bestimmt. Entsprechend den Gleichungen 1 und 2, ist sinθg proportional zu mλ, und somitist da, wo θB1 < oder < θB2, m1λ1 < oder < m2λ2. m2λ2/m1λ1 kann als Funktion der mögli chen Werte von m1 aufgetragen werden. Für Werte von θB1 < θB2 wird m2 als der ganzzahlige Wert unterhalb von m1λ1/λ2 gesucht, und für Werte für θB1 < θB2 wird m2 als der ganzzahlige Wert unter (m1λ1/λ2) + 1 gesucht. Diese Werte für m1 für die m2λ2/m1λ1 am nächsten zu 1,0 ist, werden dann für den weiteren Gebrauch vorgemerkt.Fourth, it is assumed that θ B will be similar but not identical for both wavelengths, and values for m 1 and m 2 in the range for θ B λ 1 / θ B λ 2 closest to 1.0 is determined as follows. According to equations 1 and 2, sinθ g is proportional to mλ, and thus where θ B1 <or <θ B2 , m 1 λ 1 <or <m 2 λ 2 . m 2 λ 2 / m 1 λ 1 can be plotted as a function of the possible values of m 1 . For values of θ B1 <θ B2 , m 2 is searched as the integer value below m 1 λ 1 / λ2, and for values for θ B1 <θ B2 , m 2 is searched as the integer value below (m 1 λ 1 / λ 2 ) + 1 wanted. These values for m 1 for which m 2 λ 2 / m 1 λ 1 is closest to 1.0 are then noted for further use.
Fünftens, wird die Rillenfrequenz f (= 1/d) für jede Ordnung m1 (aus dem
Schritt 4), wo die nächsthöheren Ordnungen nicht ausbreiten, berechnet:
Fifth, the groove frequency f (= 1 / d) is calculated for every order m 1 (from step 4), where the next higher orders do not spread:
f = 1/{(m1+1)λ1 - m1λ1/2} (Gleichung 3)f = 1 / {(m 1 +1) λ 1 - m 1 λ 1/2} (Equation 3)
Bemerkung: Es ist wünschenswert einen kleinen konstanten Wert bei den kür zeren Wellenlängen zu jeder dieser Rillenfrequenzen zu addieren um sicher zustellen daß die nächsthöhere Ordnung hinter dem Horizont (<90°) liegt und deshalb nicht ausbreiten kann. Wenn die "Passing-Off"-Ordnung für die kürze re Wellenlänge sichergestellt ist, ist die "Passing-Off"-Ordnung für die längere Wellenlänge ebenso sichergestellt.Note: It is desirable to have a small constant value for the kür add several wavelengths to each of these groove frequencies to be sure deliver that the next higher order lies behind the horizon (<90 °) and therefore cannot spread. If the "passing-off" order for the short re wavelength is ensured, the "passing-off" order for the longer Wavelength also ensured.
Sechstens, wird die Differenz der Beugungswinkel θB λ 1-θB λ 2 für jede Ril lenfrequenz aus dem Schritt 5 berechnet und es wird die Rillenfrequenz aus gewählt, die der kleinsten positiven Differenz der Beugungswinkel zugeordnet ist. Die geometrischen Parameter wurden so mit für ein Echelle-Gitter das ver stärktes "Blazing" bei beiden λ1 und λ2 zeigen wird, bestimmt.Sixth, the difference of the diffraction angles θ B λ 1 -θ B λ 2 for each groove frequency is calculated from step 5 and the groove frequency is selected from which is associated with the smallest positive difference of the diffraction angles. The geometric parameters were thus determined for an Echelle grating which will show increased "blazing" at both λ 1 and λ 2 .
Die Rillenfrequenz für ein r-5 (θg = 80°) 85° Öffnungswinkel Echelle- Gitter, welches verstärktes "Blazing" für beide, einen ArF-Excimer-Laser (λ1 = 193,3 nm) und einen KrF-Excimer-Laser (λ2 = 248,4 nm), aufzeigt, wurde be stimmt. The groove frequency for an r-5 (θ g = 80 °) 85 ° aperture angle Echelle grating, which increases "blazing" for both, an ArF excimer laser (λ 1 = 193.3 nm) and a KrF excimer Laser (λ 2 = 248.4 nm), was determined.
Mögliche Werte für m1 zwischen 94 und 124 wurden gemäß dem obigen Schritt 4 untersucht und in Fig. 7 und 8 aufgezeichnet dargestellt. Eine vernünftige Wahl für die betriebsmäßigen Ordnungsnummern bei 193,3 nm waren die m1 Ordnungsnummern, die mit den Werten 32 von m2λ2/m1λ1 am nächsten zu 1,0 waren: 95, 100, 103, 104, 108, 109, 112, 113, 117, 118, 121 und 122.Possible values for m 1 between 94 and 124 were examined in accordance with step 4 above and shown as recorded in FIGS. 7 and 8. A reasonable choice for the operational order numbers at 193.3 nm were the m 1 order numbers that were closest to 1.0 with the values 32 of m 2 λ 2 / m 1 λ 1 : 95, 100, 103, 104, 108 , 109, 112, 113, 117, 118, 121 and 122.
Die berechneten Resultate nach dem befolgen der Verfahrensschritte von "su
pra" sind in der folgenden Tabelle gezeigt:
The calculated results after following the process steps of "su pra" are shown in the following table:
Es ist zu sehen, daß die optimale Gitterfrequenz f 0,09413 Rillen pro Mikro meter (94,13 Rillen pro Millimeter) ist, und zwar mit einem "Blaze"- Winkelunterschied von nur +0,155° zwischen den optimalen Winkeln für beide Laser und sieht einen verstärkten "Blaze"-Winkel in der 108ten Ordnung für den ArF-Laser und in der 84sten Ordnung für den KrF-Laser vor. Es ist jedoch zu verstehen, daß dies nicht eine einzigartige Lösung ist, jedoch die optimale für eine Installation die einen fixierten Einfallswinkel α hat. Zum Beispiel, ist zu sehen, daß das Gitter, mit f = 0,08702 und einem "Blaze"- Winkelunterschied von +0,162, das Blazen in den Ordnungen 117 bzw. 91 verstärkt.It can be seen that the optimal grating frequency f 0.09413 grooves per micro meter (94.13 grooves per millimeter), with a "blaze" - Angle difference of only + 0.155 ° between the optimal angles for both Laser and sees an enhanced "blaze" angle in the 108th order for the ArF laser and in the 84th order for the KrF laser. However, it is understand that this is not a unique solution, but the optimal one for an installation that has a fixed angle of incidence α. For example, is to see that the grid, with f = 0.08702 and a "blaze" - Angular difference of +0.162, the blaze in orders 117 and 91 reinforced.
Ein dreieckförmiges Gitter gemäß der Erfindung kann durch bekannte Verfah ren und Vorrichtungen geformt werden. Ein Hauptgitter bzw. Mastergitter kann durch Oberflächendrücken bzw. Prägen in einem Aluminiumsubstrat durch ei ne "ruling"-Maschine erzeugt werden. Solch ein Gitter ist normalerweise nicht direkt zur Beugung einsetzbar, da Material, das während des Formens der Rillen verschoben wurde auf den äußeren Rillenscheitelpunkten angesammelt wird, wobei die inneren Rillenscheitelpunkte durch das "Ruling"-Werkzeug ex akt geformt werden. Typischerweise wird ein erster metalisierter (erste Gene ration) Guß gemacht mit einer invertierten Topographie, die vollständig funkti onstüchtig ist. Ein weiterer metalisierter Guß (zweite Generation) wird somit ein duplizierter Master für den Guß von Kopien der dritten Generation, die ebenso komplett funktionstüchtig sind und die mit kommerzieller Stückzahl hergestellt und verkauft werden können. Somit weisen alle Kopien einer unge raden Generation eine invertierte Topographie auf.A triangular lattice according to the invention can be made by known methods ren and devices are formed. A main grid or master grid can by surface pressing or embossing in an aluminum substrate by egg ne "ruling" machine can be generated. Such a grid is usually not Can be used directly for diffraction, since material that is formed during the formation of the Grooves shifted was accumulated on the outer groove vertices is, the inner groove vertices by the "Ruling" tool ex be formed. Typically, a first metalized (first genes ration) cast with an inverted topography that is fully functional is competent. Another metalized cast (second generation) is thus a duplicated master for casting copies of the third generation, the are also fully functional and with commercial quantities can be manufactured and sold. Thus all copies point to an unused one generation invert an inverted topography.
Ein Vorteil der Echelle-Gitter gemäß der Erfindung ist der, daß sie einfach auf ihre Flachheit hin getestet werden können, und zwar durch bekannte Techni ken die einen bekannten Heliumneon (HeNe) Laser benutzen, der Licht mit 632,8 nm aussendet, welches auf das Gitter innerhalb von ein Grad von dem beabsichtigt genutzen Einfallswinkel, vorzugsweise bei ungefähr α = 79,36°, einfällt.An advantage of the Echelle grating according to the invention is that it is easy on their flatness can be tested by known techniques ken use a known helium neon (HeNe) laser, the light with 632.8 nm, which is on the grating within one degree of that intended use angle of incidence, preferably at approximately α = 79.36 °, comes up with.
Von der vorhergehenden Beschreibung, wird es offensichtlich sein, daß ein verbessertes Echelle-Beugungsgitter aufgezeigt wurde, wobei zwei verschie dene verstärkte Littrow-Blaze-Ordnungen erzeugt werden für einfallendes la sererzeugtes Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen, sowie ein Verfah ren zur Bestimmung der geometrischen Parameter für solch ein Gitter. Varia tionen und Modifikationen von den hierin beschriebenen Gitter, gemäß der Erfindung, werden sich zweifelsfrei für den Fachmann ergeben. Demgemäß soll die vorhergehende Beschreibung als illustrativ und nicht einschränkend angesehen werden.From the previous description, it will be obvious that a improved Echelle diffraction grating was shown, two different which enhanced Littrow-Blaze orders are generated for incident la light generated by two different wavelengths, and a process to determine the geometric parameters for such a grid. Varia tion and modifications of the grids described herein, according to the Invention, will undoubtedly result for the person skilled in the art. Accordingly the foregoing description is intended to be illustrative and not restrictive be considered.
Claims (16)
- a) eine Rillenfrequenz von ungefähr 0,09413 Rillen pro Mikrometer;
- b) einen Facettenwinkel von ungefähr 80° gemessen im Bezug auf die Ebene des Gitter; und
- c) einen durch den Rillenscheitel eingeschlossenen Winkel von unge fähr 85°.
- a) a groove frequency of approximately 0.09413 grooves per micron;
- b) a facet angle of approximately 80 ° measured with respect to the plane of the grating; and
- c) an angle of approximately 85 ° enclosed by the crest of the groove.
- a) Auswählen eines Facettenwinkels zwischen ungefähr 75° und unge fähr 85° und eines Scheitelpunktwinkels zwischen ungefähr 80° und 90° und zuweisen von λ1 zu der kürzeren der ersten und zweiten Wellenlängen;
- b) Auswählen eines Bereiches von ganzzeiligen Ordnungsnummern m1 für die kürzere Wellenlänge;
- c) Bestimmen von Werten für m1 und m2 in diesem Bereich, für die die Werte des Verhältnisses von θBλ1/θBλ2 am nächsten zu 1,0 liegen;
- d) Bestimmen von Werten für die Rillenfrequenz f für jede Ordnung m1, gemäß der Gleichung f = 1/{(m1+1)λ1 - m1λ1/2}, wobei die nächsthöhere Ordnung sich nicht ausbreitet;
- e) Auswählen eines Wertes für die Rillenfrequenz f, für den sich die ge ringste positive Differenz zwischen den Beugungswinkeln θBλ1 und θBλ2 er gibt; und
- f) Prägen bzw. "rulen" eines Gittersubstrats um ein Gittermaster gemäß den gewählten Werten für Facettenwinkel, Scheitelpunktswinkel und Rillenfre quenz zu formen.
- a) selecting a facet angle between approximately 75 ° and approximately 85 ° and a vertex angle between approximately 80 ° and 90 ° and assigning λ 1 to the shorter of the first and second wavelengths;
- b) selecting a range of full-line order numbers m 1 for the shorter wavelength;
- c) determining values for m 1 and m 2 in this range for which the values of the ratio of θ B λ 1 / θ B λ 2 are closest to 1.0;
- d) determining values for the groove frequency f for each order m is 1, according to the equation f = 1 / {(m 1 +1) λ 1 - m 1 λ 1/2}, where the next higher order does not propagate;
- e) selecting a value for the groove frequency f for which there is the smallest positive difference between the diffraction angles θ B λ 1 and θ B λ 2 ; and
- f) Embossing or "rolling" of a grid substrate in order to form a grid master according to the selected values for the facet angle, apex angle and groove frequency.
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